氮氧化物的生成机理及防治措施

关于氮氧化物的生成机理及防治措施第一节氮氧化物的性质及来源NOx包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在NOx的性质N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏NO：大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分第2页,共31页，2024年2月25日，星期天氮氧化物的性质及来源NOx的性质（续）NO2:强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降NOx的来源固氮菌、雷电等自然过程（5×108t/a）人类活动（5×107t/a）燃料燃烧占90％95％以NO形式，其余主要为NO2第3页,共31页，2024年2月25日，星期天燃烧过程NOx的形成机理形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NO低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO第4页,共31页，2024年2月25日，星期天NOx的形成机理热力型NOx的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响平衡时NO浓度随温度升高迅速增加第5页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成室温条件下，几乎没有NO和NO2生成，并且所有的NO都转化为NO2800K左右，NO与NO2生成量仍然很小，但NO生成量已经超过NO2常规燃烧温度（>1500K）下，有可观的NO生成，但NO2量仍然很小第6页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成烟气冷却过程中，根据热力学计算，NOx应主要以NO2的形式存在，但实际90％～95％的NOx以NO的形式存在，主要原因在于动力学控制第7页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成热力型NOx形成的动力学——Zeldovich模型NO生成的总速率第8页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成假定N原子的浓度保持不变得到代入（6）式得第9页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成假定O原子的浓度保持不变最终得第10页,共31页，2024年2月25日，星期天热力型NOx的形成积分得NO的形成分数与时间t之间的关系Y=[NO]/[NO]e00.511.52.0Mt1.00.5第11页,共31页，2024年2月25日，星期天瞬时NO的形成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和C2等基团，与N2发生如下反应

火焰中存在大量O、OH基团，与上述产物反应第12页,共31页，2024年2月25日，星期天燃料中的N通常以原子状态与HC结合，C—N键的键能较N≡N小，燃烧时容易分解，经氧化形成NOx火焰中燃料氮转化为NO的比例取决于火焰区NO/O2的比例燃料中20％～80％的氮转化为NOx燃料型NOx的形成FuelNHCNN2NONHi(i=0,1,2)O,H,OHfastO,H,OHfastO,H,OHfastNHislowNHi,NOslow第13页,共31页，2024年2月25日，星期天NOx的形成第14页,共31页，2024年2月25日，星期天NOx的形成第15页,共31页，2024年2月25日，星期天低NOx燃烧技术原理控制NOx形成的因素空气－燃料比燃烧区温度及其分布后燃烧区的冷却程度燃烧器形状第16页,共31页，2024年2月25日，星期天低NOx燃烧技术传统低NOx燃烧技术1.低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO、HC、碳黑产生量增加第17页,共31页，2024年2月25日，星期天传统低NOx燃烧技术2.降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍第18页,共31页，2024年2月25日，星期天传统低NOx燃烧技术3.烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx第19页,共31页，2024年2月25日，星期天传统低NOx燃烧技术4.两段燃烧技术第一段：氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小第二段：二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低第20页,共31页，2024年2月25日，星期天先进的低NOx燃烧技术原理：低空气过剩系数运行技术＋分段燃烧技术1.炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴类似于两段燃烧技术第21页,共31页，2024年2月25日，星期天先进的低NOx燃烧技术2.空气分级的低NOx旋流燃烧器一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化二次火焰区：燃尽CO、HC等第22页,共31页，2024年2月25日，星期天先进的低NOx燃烧技术3.空气/燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx第23页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大第24页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）催化剂：贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应第25页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术1.选择性催化还原法（SCR）第26页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术2.选择性非催化还原法（SNCR）尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度化学反应同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生第27页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术2.选择性非催化还原法（SNCR）第28页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技术3.吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO/NO2＝1效果最佳第29页,共31页，2024年2月25日，星期天烟气脱硝技